一种光电传感器芯片及其制备方法与光电传感器技术

本发明专利技术公开一种光电传感器芯片及其制备方法与光电传感器，包括衬底，间隔设置在所述衬底上的源极、漏极和栅极，设置在所述源极和所述漏极之间的衬底上及所述源极和所述漏极上的有源层，设置在所述有源层上的介电层，所述有源层包括有机异质结材料和量子点材料。在有源层中引入量子点材料，量子点材料可作为电子运输过程中的缺陷中心，有效限制电子的运动，从而降低光电传感器的暗电流，提高光电传感器的灵敏度。同时引入电子缺陷态，降低电子的迁移率，从而提高光电传感器的光增益。本发明专利技术提供的制备方法简单，容易实现，具有较高的实用性和经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种光电传感器芯片及其制备方法与光电传感器
本专利技术涉及光电传感器领域，尤其涉及一种光电传感器芯片及其制备方法与光电传感器。
技术介绍
纳米科学技术是指研究原子和分子尺度的科学技术。一般纳米材料定义为：至少满足一个维度上的尺寸在1到100纳米之间的材料。纳米材料的物理、化学和生物性能与正常宏观尺度的材料有很大区别，其量子力学效应也有广泛应用。而量子点作为纳米材料的一种，一般是指半径小于或者接近激子波尔半径的半导体纳米材料，或是指尺寸在纳米级的金属或者半导体材料的细小颗粒。量子点材料一般是由II-VI族或者III-V族元素组成的，性质稳定，能够接收激发产生荧光，其原子排布整齐。近年来，人们对量子点材料合成、性能分析及表征进行了大量的研究，量子点材料目前已经广泛应用于LED显示、探测技术、生物荧光标记、激光等领域。而在光学应用范围内，量子点材料具有吸收波长范围宽、吸收波长稳定等优点，因为自身独有的物理特性，可以通过调节其尺寸大小进行吸收波长的调节。但从另一个物理学的角度，量子点材料本身自带的缺陷态在光电传感器混合材料中的性能表现还有待探索和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种光电传感器芯片及其制备方法与光电传感器，旨在提高现有光电传感器的灵敏度和光增益。本专利技术的技术方案如下：一种光电传感器芯片，其中，包括衬底，间隔设置在所述衬底上的源极、漏极和栅极，设置在所述源极和所述漏极之间的衬底上及所述源极和漏极上的有源层，设置在所述有源层上的介电层，所述有源层包括有机异质结材料和量子点材料。可选地，所述有机异质结材料与量子点材料的质量比为2:1。可选地，所述有源层由所述有机异质结材料形成的有机异质结层和所述量子点材料形成的量子点层构成，所述量子点层设置在所述有机异质结层的下方，所述量子点层与所述源极和漏极之间的衬底贴合设置；或者，所述有源层由所述有机异质结材料形成的有机异质结层和所述量子点材料形成的量子点层构成，所述量子点层设置在所述有机异质结层的上方；或者，所述有源层由所述有机异质结材料形成的有机异质结层和所述量子点材料形成的量子点层构成，所述量子点层同时设置在所述有机异质结层的上方和下方；或者，所述有源层由所述有机异质结材料和分散在所述有机异质结材料中的所述量子点材料组成。可选地，所述量子点层设置在所述有机异质结层的下方时，所述量子点层的厚度为45～55nm；或者，所述量子点层设置在所述有机异质结层的上方时，所述量子点层的厚度为45～55nm；或者，所述量子点层同时设置在所述有机异质结层的上方和下方时，所述量子点层的总厚度为45～55nm。可选地，所述量子点材料的尺寸为3～6nm。可选地，所述量子点材料为红光量子点材料。可选地，所述红光量子点材料为核壳结构红光量子点材料。可选地，所述核壳结构红光量子点材料选自核壳结构InP/ZnS红光量子点材料、核壳结构CdSe/ZnS红光量子点材料、核壳结构ZnSe/ZnS红光量子点材料中的一种或多种。可选地，所述有机异质结材料由P型有机半导体和N型有机半导体组成。一种本专利技术所述的光电传感器芯片的制备方法，其中，包括步骤：提供衬底；在所述衬底上制备源极、漏极、栅极；在所述源极和所述漏极之间的衬底上及所述源极和漏极上制备有源层，所述有源层包括有机异质结材料和量子点材料；在所述有源层上制备介电层，得到所述光电传感器芯片。一种光电传感器，其中，包括本专利技术所述的光电传感器芯片。有益效果：本专利技术提供了光电传感器芯片及其制备方法与光电传感器，在有源层中引入量子点，该量子点可作为电子运输过程中的缺陷中心，有效限制电子的运动，从而降低光电传感器的暗电流，提高光电传感器的灵敏度。同时能够引入电子缺陷态，降低电子的迁移率，从而提高光电传感器的光增益。本专利技术提供的制备方法简单，容易实现，具有较高的实用性和经济价值。附图说明图1为本专利技术实施例光电传感器芯片的第一结构示意图。图2为本专利技术实施例光电传感器芯片的第二结构示意图。图3为本专利技术实施例光电传感器芯片的第三结构示意图。图4为本专利技术实施例光电传感器芯片的第四结构示意图。图5为本专利技术实施例1和对比例1在黑暗和光照下转移曲线测试结果图。图6a为本专利技术实施例1和对比例1的黑暗情况下开关比测试结果图。图6b为本专利技术实施例1和对比例1的灵敏度测试结果图。具体实施方式本专利技术提供一种光电传感器芯片及其制备方法与光电传感器，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种光电传感器芯片，其中，包括衬底，间隔设置在所述衬底上的源极、漏极和栅极，设置在所述源极和所述漏极之间的衬底上及所述源极和所述漏极上的有源层，设置在所述有源层上的介电层，所述有源层包括有机异质结材料和量子点材料。本实施例中，将量子点材料引入有源层中，使得该量子点材料与有机异质结材料的界面处形成一层电层结构。且由于量子点具有吸收光的能力，因此量子点材料在有源层中的引入，能够拓宽器件的光探测范围。另外，所述量子点材料可作为电子运输过程中的缺陷中心，有效阻碍电子的运输，从而降低光电传感器的暗电流，提高光电传感器的灵敏度。同时，所述量子点的引入能够引入电子缺陷态，降低电子迁移率，使器件的空穴迁移率大于电子迁移率，最终提高光电传感器的光增益。本实施例中，将所述有机异质结材料作为所述有源层的组成材料，所述有机异质结材料能够有效吸收较宽波长范围的光谱并产出光生激子，异质结的能带差可将激子有效分离成自由电子和空穴，由于电子和空穴在异质结两种半导体材料中迁移率的巨大差异，实现了光电流的倍增，从而获得超高光电灵敏度的光电传感器。在一种实施方式中，所述衬底的厚度为20～100nm。在一种实施方式中，所述衬底的材料选自硅片、二氧化硅、聚酰亚胺、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的一种，但不限于此。所述衬底材料具有良好的耐热性。在一种实施方式中，所述源极、漏极和栅极均采用铬金合金电极。在一种实施方式中，所述铬金合金电极由铬粘附层和金导电层构成，所述铬粘附层的厚度为40～50nm，所述金导电层的厚度为5～10nm。所述铬粘附层制备在所述衬底上，所述金导电层制备在所述铬粘附层上。在一种实施方式中，所述源极和漏极之间的连接部分设计为叉指型结构或蛇型结构。当所述源极和漏极之间的连接部分设计为叉指型结构时，所构成的导电沟道的长度≤20μm，宽度>1cm，所述栅极与所述导电沟道之间的距离≤0.1mm。导电沟道的长宽比越大，叉指的密度则越大，传感器的灵敏度和响应速度就会越高。在一种实施方式中，所述有机异质结材料与量子点材料的质量比为2:1。在一种实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电传感器芯片，其特征在于，包括衬底，间隔设置在所述衬底上的源极、漏极和栅极，设置在所述源极和所述漏极之间的衬底上及所述源极和漏极上的有源层，设置在所述有源层上的介电层，所述有源层包括有机异质结材料和量子点材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种光电传感器芯片，其特征在于，包括衬底，间隔设置在所述衬底上的源极、漏极和栅极，设置在所述源极和所述漏极之间的衬底上及所述源极和漏极上的有源层，设置在所述有源层上的介电层，所述有源层包括有机异质结材料和量子点材料。


2.根据权利要求1所述的光电传感器芯片，其特征在于，所述有机异质结材料与量子点材料的质量比为2:1。


3.根据权利要求1所述的光电传感器芯片，其特征在于，所述有源层由所述有机异质结材料形成的有机异质结层和所述量子点材料形成的量子点层构成，所述量子点层设置在所述有机异质结层的下方，所述量子点层与所述源极和漏极之间的衬底贴合设置；
或者，所述有源层由所述有机异质结材料形成的有机异质结层和所述量子点材料形成的量子点层构成，所述量子点层设置在所述有机异质结层的上方；
或者，所述有源层由所述有机异质结材料形成的有机异质结层和所述量子点材料形成的量子点层构成，所述量子点层同时设置在所述有机异质结层的上方和下方；
或者，所述有源层由所述有机异质结材料和分散在所述有机异质结材料中的所述量子点材料组成。


4.根据权利要求3所述的光电传感器芯片，其特征在于，所述量子点层设置在所述有机异质结层的下方时，所述量子点层的厚度为45-55nm；
或者，所述量子点层设置在所述有机异...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海华，江杰，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44